第五章电力系统的有功功率和频率调整

1、第五章 电力系统的有功功率和频率调整 前两章涉及电力系统正常、稳态运行状况的分析和前两章涉及电力系统正常、稳态运行状况的分析和计算、本章和第六章是前两章的继续和发展。因这计算、本章和第六章是前两章的继续和发展。因这两章将阐述正常、稳态运行状况的优化和调整，亦两章将阐述正常、稳态运行状况的优化和调整，亦即保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题。即保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题。 衡量电能质量的指标有频率质量、电压质量和波形衡量电能质量的指标有频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移相波形畸变率表质量，分别以频率偏移、电压偏移相波形畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标

2、是比耗量和线损率。示。衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。比耗量指为生产单位电能所需消耗的一次能源。就比耗量指为生产单位电能所需消耗的一次能源。就火电厂而言，就指以火电厂而言，就指以g(kwh)表示的煤耗率。线表示的煤耗率。线损率或网损率则巳如第一章所述。这些技术经济指损率或网损率则巳如第一章所述。这些技术经济指标中，除波形指标外，均直接与系统中有功、无功标中，除波形指标外，均直接与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调整有关。而这两方功率的分配以及频率、电压的调整有关。而这两方面正分别是这两章中将讨论的主要内容。至于波形面正分别是这两章中将讨论的主要内容。至于波形质量，内容涉及电

3、力系统个的谐波及其抑制，不属质量，内容涉及电力系统个的谐波及其抑制，不属本书范畴。本书范畴。 本章主要内容：本章主要内容： 有功功率的最优分布有功功率的最优分布 有功功率负荷预计（负荷预测）有功功率负荷预计（负荷预测） 有功功率电源的最优组合（机组组合）有功功率电源的最优组合（机组组合） 有功功率负荷在巳运行机组间的最优分配有功功率负荷在巳运行机组间的最优分配（经济功率分配）（经济功率分配） 频率调整频率调整发电计划发电计划第一节第一节 电力系统中的有功功率电力系统中的有功功率的平衡的平衡 一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制 负荷曲线负荷曲线 实际的负荷曲线由三种

4、负荷实际的负荷曲线由三种负荷所构成。所构成。 第一种负荷变动幅度很小、第一种负荷变动幅度很小、周期很短（周期很短（1010秒以下），随秒以下），随机性很强，无法预测。机性很强，无法预测。 第二种负荷变动幅度较大、第二种负荷变动幅度较大、周期也较长（周期也较长（1010秒至秒至3 3分）。分）。 第三种负荷变动幅度最大、第三种负荷变动幅度最大、周期也最长（周期也最长（3 3分以上），分以上），它反映了负荷的变动趋势。它反映了负荷的变动趋势。这种负荷能够预测。这种负荷能够预测。一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制 负荷调整控制负荷调整控制 针对三种负荷，有功功率和频率调

5、整大体上也可分针对三种负荷，有功功率和频率调整大体上也可分成一次、二次、三次调整。成一次、二次、三次调整。 一次调整也称为一次调频，针对第一种负荷变动引一次调整也称为一次调频，针对第一种负荷变动引起的频率变化，由发电机组的调速器自动动作承担。起的频率变化，由发电机组的调速器自动动作承担。一次调整希望快速和平稳。一次调整希望快速和平稳。 二次调整也称为二次调频，针对第二种负荷变动引二次调整也称为二次调频，针对第二种负荷变动引起的频率变化，由发电机组的调频器手动或自动动起的频率变化，由发电机组的调频器手动或自动动作承担。二次调频不仅考虑机组的调节特性，还要作承担。二次调频不仅考虑机组的调节特性，还

6、要考虑到系统安全和经济特性。现在二次调频一般由考虑到系统安全和经济特性。现在二次调频一般由AGCAGC（Automatic Generation ControlAutomatic Generation Control）机组承担。）机组承担。 三次调整针对第三种负荷变动引起的频率变化，也三次调整针对第三种负荷变动引起的频率变化，也就是日常所说的发电计划，三次调整主要考虑安全就是日常所说的发电计划，三次调整主要考虑安全和经济。和经济。 一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制发电控制（一、二次调频）发电计划（三次调频）GGGG实际负荷预计负荷控制机组调度机组发电=负荷二、有

7、功功率负荷曲线的预计（负荷预二、有功功率负荷曲线的预计（负荷预测）测） 根据负荷，天气，事件等的历史数据，以及根据负荷，天气，事件等的历史数据，以及天气，事件等的预报值，预测负荷的形态，天气，事件等的预报值，预测负荷的形态，曲线，最大值，最小值，平均值等等。曲线，最大值，最小值，平均值等等。 负荷预测分类：负荷预测分为系统负荷预测负荷预测分类：负荷预测分为系统负荷预测和母线负荷预测，系统负荷预测按周期又有和母线负荷预测，系统负荷预测按周期又有超短期、短期、中期和长期之分。超短期、短期、中期和长期之分。 负荷经常随机波动。负荷经常随机波动。 负荷又有一定的周期性，如本周一的负荷与负荷又有一定的周

8、期性，如本周一的负荷与上周一的相似，今天与昨天相似。上周一的相似，今天与昨天相似。一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制超短期负荷预测用于质量控制需超短期负荷预测用于质量控制需5-105-10秒的负荷秒的负荷值，用于安全监视需值，用于安全监视需1-51-5分钟的负荷值，用于预分钟的负荷值，用于预防控制和紧急状态处理需防控制和紧急状态处理需10-6010-60分钟的负荷值，分钟的负荷值，使用对象是调度员。使用对象是调度员。 短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、短期负荷预测主要用于火电分配、水火电协调、机组经济组合和交换功率计划，需要机组经济组合和交换功率计划，需要

9、1 1日日-1-1周的周的负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。 中期负荷预测主要用于水库调度、机组检修、中期负荷预测主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要交换计划和燃料计划，需要1 1月月-1-1年的负荷值，年的负荷值，使用对象是编制中长期运行计划的工程师。使用对象是编制中长期运行计划的工程师。 长期负荷预测用于电源和网络发展，需数年至长期负荷预测用于电源和网络发展，需数年至数十年的负荷值，使用对象是规划工程师。数十年的负荷值，使用对象是规划工程师。一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制 负荷预测的精度负荷预测

10、的精度 首先决定于对具体电力系统负荷变化规律的首先决定于对具体电力系统负荷变化规律的掌握，其次才是模型与算法的选择。影响负掌握，其次才是模型与算法的选择。影响负荷变化的因素主要有：荷变化的因素主要有： 国民经济发展国民经济发展 人民生活用电人民生活用电 季节季节 天气天气 节假日节假日 特殊事件特殊事件一、有功功率负荷的变动和调整控制一、有功功率负荷的变动和调整控制 负荷预测流程负荷预测流程PtPt.（历史负荷）（历史负荷）负荷预测算法降雨、气温.Pt（预测负荷）（预测负荷）三、有功功率电源和备用容量三、有功功率电源和备用容量 按投入时间分：按投入时间分： 热备用：运转中的发电设备可能发的最大

11、功率与发热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差电负荷之差(旋转备用旋转备用)； 冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率发的最大功率(不含检修中的设备不含检修中的设备)； 冷热备用须有合理比例。冷热备用须有合理比例。 按用途分：按用途分： 负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负荷增加，一般为最大负荷的荷增加，一般为最大负荷的05%。 事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一为般最大负荷的为般最大负荷的510%，分冷、热备用

12、。，分冷、热备用。 检修备用：满足检修需要而设的检修备用：满足检修需要而设的(有时不设有时不设)备用。备用。 国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为最大负荷的最大负荷的35% 第二节第二节 电力系统中的有功功率电力系统中的有功功率的最优分配（发电计划，解决的最优分配（发电计划，解决三次调整）三次调整） 内容内容 机组优化组合机组优化组合( (省略省略) ) 确定系统中需要运行多少机组，运行哪些机确定系统中需要运行多少机组，运行哪些机组，以及什么时候运行。组，以及什么时候运行。 经济功率分配（重点介绍）经济功率分配（重点介绍） 在已知机组组合的基

13、础上，确定各机组的功在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输出，在满足机组、系统安全约束的同时，率输出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统的运行最优化。使系统的运行最优化。 一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点 火电厂特点：火电厂特点： 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄围越窄( (

14、高温高压高温高压30%30%，中温中压，中温中压75%) 75%) 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备多耗能量，易损坏设备 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率取决于热负荷，为强迫功率 一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合电厂类型电厂类型超临界压力电厂超临界压力电厂250240570535100万千瓦以上大电厂万千瓦以上大电厂(5060)汽压汽压(大汽压大汽压)汽温汽温()电厂电厂(机组机组)容量范围容量范围(万千瓦万千瓦) 锅炉锅炉汽机

15、汽机锅炉锅炉汽机汽机低温低压电厂低温低压电千瓦以下小电厂万千瓦以下小电厂(0.150.3)中温中压电厂中温中压电厂4035450435120万千瓦中小电厂万千瓦中小电厂(0.65)高温高压电厂高温高压电厂100905405351 0 6 0 万 千 瓦 大 、 中 电 厂万 千 瓦 大 、 中 电 厂(2.510)超高压力电厂超高压力电厂14013554053525万千瓦以上大电厂万千瓦以上大电厂(12.520)亚临界压力电厂亚临界压力电厂17016557056560万千瓦以上大电厂万千瓦以上大电厂(30)临界压力：临界压力：225大气压，临界温度大气压，临界温度一、

16、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合效率：效率：中温中压中温中压 24.5% 24.5% 高温高压高温高压 30.5% 30.5% 超高压力超高压力 37.0% 37.0% 超临界压力超临界压力 40.0% 40.0% 热电厂热电厂 50% 50% 一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 水电厂特点：水电厂特点： 不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。然条件影响。 出力调节范围大，出力调节范围大，50%50%以上以上, , 增减负荷速度快，操增减负荷速度快，操作容易，可承担急

17、剧变化的负荷作容易，可承担急剧变化的负荷 决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力保证出力 抽水蓄能机组抽水蓄能机组 水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率 水头过低，不一定能够额定出力水头过低，不一定能够额定出力 各类水电厂的调节能力不一样。各类水电厂的调节能力不一样。 一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 核电厂

18、特点：核电厂特点： 可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备时间，易损坏设备 一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷负荷 分配原则分配原则 充分利用水力资源，避免弃水充分利用水力资源，避免弃水 降低火电煤耗，发挥高产机组作用降低火电煤耗，发挥高产机组作用 减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油油 考虑发电成本考虑发电成本( (燃料价格、管理水平、机组燃料价格、管理水平、机组效率等效率等) )，充分利用资源，充分利用资源 一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、

19、各类发电厂的运行特点和合理组合 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合 一般，火电厂以承担基本不变的负荷为宜。这样可一般，火电厂以承担基本不变的负荷为宜。这样可避免频繁开停设备或增减负荷。其中，高温高压电避免频繁开停设备或增减负荷。其中，高温高压电厂因效率最高，应优先投入，而且，由于它们可灵厂因效率最高，应优先投入，而且，由于它们可灵活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行更恰当。其次是中温中压电厂。低温低压电厂设备更恰当。其次是中温中压电厂。低温低压电厂设备陈日，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只能陈日，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只

20、能在高峰负荷期间用以发必要的功率。在高峰负荷期间用以发必要的功率。 原子能电厂的可调容量虽大，但因原子能电厂的一原子能电厂的可调容量虽大，但因原子能电厂的一次投资大，运行费用小，建成后应尽可能利用，原次投资大，运行费用小，建成后应尽可能利用，原则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的更基则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的更基底部分运行。底部分运行。一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率都不可调，应首先投入。有调电厂的强迫功率都不可调，应首先投入。有调节水电厂的可调

21、功率，在洪水季节，为防止弃节水电厂的可调功率，在洪水季节，为防止弃水，往往也优先投入，在枯水季节则恰相反，水，往往也优先投入，在枯水季节则恰相反，应承担高峰负荷。在耗尽日耗水量的前提下，应承担高峰负荷。在耗尽日耗水量的前提下，枯水季节将水电厂的可调功率移在后面投入，枯水季节将水电厂的可调功率移在后面投入，不仅可使火电厂的负荷更平稳，从而减少因开不仅可使火电厂的负荷更平稳，从而减少因开停设备或增减负荷而额外消耗的燃料，而且可停设备或增减负荷而额外消耗的燃料，而且可使系统中的功率分配更合理，从而节约总的燃使系统中的功率分配更合理，从而节约总的燃料消耗。更何况水电厂还有快速起动、快速增料消耗。更何况

22、水电厂还有快速起动、快速增减负荷的突出优点。减负荷的突出优点。一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组作电动机作电动机水泵方式运行，因而应作负荷考虑，水泵方式运行，因而应作负荷考虑，在高峰负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然在高峰负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然这一抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有这一抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有70左右，但因这类电厂的介入，使火电厂的负左右，但因这类电厂的介入，使火电厂的负荷进一步平稳，就系统总体而言，是很合理的。荷进一步平稳，就系统总体而言，

23、是很合理的。这类电厂常伴随原子能电厂出现，其作用是确这类电厂常伴随原子能电厂出现，其作用是确保原子能电厂有平稳的负荷。但系统中严重缺保原子能电厂有平稳的负荷。但系统中严重缺乏调节手段时，也应考虑建设这类电厂。乏调节手段时，也应考虑建设这类电厂。一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 综上所述，可将各类发电厂承担负荷的顺序大综上所述，可将各类发电厂承担负荷的顺序大致排列如下：致排列如下： 枯水季节：枯水季节： 无调节水电厂无调节水电厂 有调节水电厂的强迫功率有调节水电厂的强迫功率 热电厂的强迫功率热电厂的强迫功率 原子能电厂原子能电厂 燃烧劣质、当地燃料的火电厂燃烧

24、劣质、当地燃料的火电厂 热电厂的可调功率热电厂的可调功率 高温高压火电厂高温高压火电厂 中温中压火电厂中温中压火电厂 低温低压火电厂低温低压火电厂(不一定投入不一定投入) 有调节水电厂的可调功率有调节水电厂的可调功率 抽水蓄能水电厂抽水蓄能水电厂一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 洪水季节：和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂洪水季节：和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂的可调功率往往也归入强迫功率成为不可调功率。的可调功率往往也归入强迫功率成为不可调功率。 如上的发电厂组合顺序也可以图如上的发电厂组合顺序也可以图5-4所示的负荷曲线所示的负荷曲线图表示，图中

25、阴影部分表示抽水蓄能电厂蓄能和发电图表示，图中阴影部分表示抽水蓄能电厂蓄能和发电工作状况。由图可见，承担基本负荷的无调节水电厂、工作状况。由图可见，承担基本负荷的无调节水电厂、热电厂、燃烧劣质当地燃料的火电厂和原于能电厂一热电厂、燃烧劣质当地燃料的火电厂和原于能电厂一昼夜间发出的功率基本不变。随着电厂承担的负荷在昼夜间发出的功率基本不变。随着电厂承担的负荷在负荷曲线固上部位的逐级上升，发出的功率变化也愈负荷曲线固上部位的逐级上升，发出的功率变化也愈来愈大；担负高峰负荷的电厂一昼夜间发出的功率可来愈大；担负高峰负荷的电厂一昼夜间发出的功率可能有很大变化。枯水季节，有调节水电厂甚至可能几能有很大变

26、化。枯水季节，有调节水电厂甚至可能几经开停。经开停。一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发电厂的运行特点和合理组合 图图5-5中作出了具有中作出了具有图图243所示负荷曲所示负荷曲线的电力系统中线的电力系统中8个个主要发电厂的日负主要发电厂的日负荷曲线。由图可见，荷曲线。由图可见，由于这个系统中具由于这个系统中具有一定容量的水电有一定容量的水电厂，大大减少了其厂，大大减少了其它火电厂的负荷变它火电厂的负荷变动，无论在技术上动，无论在技术上或经济上都十分有或经济上都十分有利。利。一、各类发电厂的运行特点和合理组合一、各类发

27、电厂的运行特点和合理组合 每台机组有运行，停运两种状态，若有每台机组有运行，停运两种状态，若有7070台台机组，对于每时刻，共有机组，对于每时刻，共有2 2的的7070次方种组合，次方种组合，如果一天分为如果一天分为9696个时段（个时段（1515分钟为间隔），分钟为间隔），则一天共有则一天共有9696* *270270种组合。这是一个规模庞种组合。这是一个规模庞大的组合优化问题，求解很困难。大的组合优化问题，求解很困难。 0204060801001201401601357911131517192123时间功率（MW）机组7机组6机组5机组4机组3机组2机组1二、机组和发电厂的能量特性曲线二、

28、机组和发电厂的能量特性曲线 燃料-锅炉-汽轮机-发电机-电能 (给水,给风) (循环水)测试效率: 反平衡-准确不实时（分析法）。 正平衡-不准确实时（统计法）。QbQtP锅炉经济特性 =(Qb-Qt)=(Qb-Qt)* *100100 : :热锅炉热效率热锅炉热效率 = =输出热量输出热量 / / 输输 入热量入热量Qb=Qb(Qt) :Qb=Qb(Qt) :锅炉耗热量锅炉耗热量 = = 输入热量输入热量( (输出热量输出热量) )Qb/Qt :Qb/Qt :锅炉单位耗热量锅炉单位耗热量 = = 输入热量输入热量/ /输出热量输出热量dQb/dQt :dQb/dQt :锅炉耗热微增率锅炉耗热

29、微增率 = = 锅炉耗热量曲线的导数锅炉耗热量曲线的导数 Qb=Qb-Qt :Qb=Qb-Qt :锅炉损失锅炉损失 = = 输入热量输入热量 - - 输出热量输出热量二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线锅炉经济特性锅炉耗热量锅炉耗热量锅炉单位耗热量锅炉单位耗热量锅炉耗热微增率锅炉耗热微增率锅炉热损失锅炉热损失锅炉热效率锅炉热效率QbQb/QtQb=Qt/QbdQb/dQtP二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线锅炉反平衡效率试验 = qt = 100-(q2+q3+q4+q5+q6) = qt = 100-(q2+q3+q4+q5+q6)q2 :q

30、2 :排烟热损失；排烟热损失；q3 :q3 :化学不完全燃烧热损失；化学不完全燃烧热损失；q4 :q4 :机械不完全燃烧热损失机械不完全燃烧热损失q5 :q5 :散热损失散热损失; ;q6 :q6 :灰渣物理热损失灰渣物理热损失. .二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线锅炉正平衡效率试验 = qt = (Qt/Qb) = qt = (Qt/Qb)* *100100Qt :Qt :有效输出热量；有效输出热量；Qb :Qb :输入热量。输入热量。二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线正平衡效率分析 | | | | | | | | | | | | | |

31、 | | | | | | | |0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t进煤发电QbP二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线汽轮发电机组经济特性Qt(P) :Qt(P) :汽轮发电机组耗热量曲线；汽轮发电机组耗热量曲线；qt=Qt/P :qt=Qt/P :汽轮发电机组耗热率曲线；汽轮发电机组耗热率曲线；dQt/dP :dQt/dP :汽轮发电机组耗热微增率曲线汽轮发电机组耗热微增率曲线. .二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线汽轮发电机组经济特性QtPdQt/dPPQt/PP二、机组和发电厂的

32、能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线火电机组经济特性Qb(P) :Qb(P) :发电机组耗热量曲线；发电机组耗热量曲线；dQb/dP(P) :dQb/dP(P) :发电机组耗热微增率曲线发电机组耗热微增率曲线. .Qb/P(P) :Qb/P(P) :发电机组耗热率曲线；发电机组耗热率曲线；二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线火电机组经济特性QbPdQb/dPPQb/PPP二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线全厂发电经济特性Ps=Ps= Pi :Pi :发电厂总输出功率；发电厂总输出功率；dQbs/dPs :dQbs/dPs :发电厂总耗热微

33、增率曲线发电厂总耗热微增率曲线. .Qbs/Ps :Qbs/Ps :发电厂总耗热率曲线；发电厂总耗热率曲线； Qbs= Qbs= Qb :Qb :发电厂总耗热量；发电厂总耗热量；QbsQbsPs :Ps :发电厂总耗热量曲线；发电厂总耗热量曲线；二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线全厂发电经济特性QbsPsdQbs/dPsQbs/Ps二、机组和发电厂的能量特性曲线二、机组和发电厂的能量特性曲线三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件 一个时间断面下的经济功率分配一个时间断面下的经济功率分配 耗量特性：发电设备输入与输出的关系。耗量特性

34、：发电设备输入与输出的关系。 比耗量：耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比耗量：耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输出功率之比称比比值，即单位时间内输入能量与输出功率之比称比耗量耗量 。显然，比耗量实际是原点和耗量特性曲线。显然，比耗量实际是原点和耗量特性曲线上某一点连线的斜率，上某一点连线的斜率， FP或或 WP。 发电效率：当耗量特性纵横坐标单位相同时，比耗发电效率：当耗量特性纵横坐标单位相同时，比耗量的倒数就是发电设备的效率量的倒数就是发电设备的效率 。 耗量微增率：耗量特性曲线上某一点切线的斜率称耗量微增率：耗量特性曲线上某一点切线的斜率称耗量微增率耗量

35、微增率 。耗量微增率是单位时间内输入能量。耗量微增率是单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值，即微增量与输出功率微增量的比值，即 FPdFdP或或 WPdWdP。 对于一台机组，比耗量曲线和耗量微增率曲线的交对于一台机组，比耗量曲线和耗量微增率曲线的交点是单台发电机效率最高的点。点是单台发电机效率最高的点。 三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件 F b 0 P三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件 若耗量特性曲线为二次曲线若耗量特性曲线为二次曲线F = aP2 + bP+c 则则=aP+b+c/P， =2aP

36、+b。 若耗量特性曲线为若耗量特性曲线为F = aP2 + bP 则则=aP+b， =2aP+b。F 若耗量特性曲线为一次曲线若耗量特性曲线为一次曲线F = bP 则则=b。三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件biF = bF三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件 目标函数和约束条件目标函数和约束条件 问题的提出：负荷最优分配的目的在于：确问题的提出：负荷最优分配的目的在于：确定电网中每台机组的有功功率输出，在满足定电网中每台机组的有功功率输出，在满足负荷需求、系统安全的同时，使单位时间内负荷需求、系统安全的同时，使

37、单位时间内的能源消耗最少。的能源消耗最少。 优化问题的通用模型优化问题的通用模型 式中式中C C为目标函数，为目标函数，f f为等式约束，为等式约束，g g为不等为不等式约束式约束 0duxg0duxfduxC),(),(. .),(tsM三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件最优分配负荷时的目标函数和约束条件最优分配负荷时的目标函数和约束条件 目标函数目标函数其中：其中： 表示发电机表示发电机i i的耗量曲线的耗量曲线 等式约束等式约束( (不计网损不计网损) ) 不等式约束（发电有功、无功，节点电压幅值）不等式约束（发电有功、无功，节点电压幅值） ni

38、GiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()()()()(GiiPF011PPPniLiniGiGimaxGiGiminPPPGimaxGiGiminQQQimaxiiminUUU三、最优分配负荷时的目标函数和约束三、最优分配负荷时的目标函数和约束条件条件 系统中发电设备消耗的能源可能受限制。例如，水电系统中发电设备消耗的能源可能受限制。例如，水电厂一昼夜间消耗的水量受约束于水库调度。出现这种厂一昼夜间消耗的水量受约束于水库调度。出现这种情况时，目标函数就不应再是单位时间内消耗的能源，情况时，目标函数就不应再是单位时间内消耗的能源，而应是一段时间内消耗的能源，即应为而应是一段时间内消耗的

39、能源，即应为 而等约束条件除式而等约束条件除式(52)外，还应增加外，还应增加 这里的这里的Fi，可理解为单位时间内火力发电设备的燃料，可理解为单位时间内火力发电设备的燃料消耗；消耗；Wj为单位时间内水力发电设备的水量消耗；为单位时间内水力发电设备的水量消耗；为时间段长，例如为时间段长，例如24h。而这里设。而这里设i1，2，m为为火力发电设备，火力发电设备，j(m十十1)，(m十十2)，n为水力发为水力发电设备。电设备。miiGiidtPFF10)(0)(定值dtPWG四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 公式推导：公式推导： 问题的简化问题的简化 略去不等式

40、约束略去不等式约束 仅有两台机组仅有两台机组 推导：推导： 目标函数目标函数 约束条件约束条件 拉格朗日函数拉格朗日函数 )()(),(221121GGGGPFPFPPCC0),(2121LDGGGGPPPPPf)()()(),(),(2122112121*LDGGGGGGGGPPPPFPFPPfPPCC四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 原问题变成求拉格朗日函数的最小值，将有约束极值原问题变成求拉格朗日函数的最小值，将有约束极值问题转化为无约束极值问题，问题转化为无约束极值问题，称为拉格朗日乘数。称为拉格朗日乘数。当然，天下没有白吃的午餐，去掉了一个等式约束

41、，当然，天下没有白吃的午餐，去掉了一个等式约束，但增加了一个变量但增加了一个变量 极值条件：极值条件： 展开：展开：; 0; 0; 0*2*1*CPCPCGG0),(0),(),(0),(),(21221221121121GGGGGGGGGGGGGGPPfPPPfPPPCPPPfPPPC四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 解出解出 由于由于 ， 分别为发电设备分别为发电设备1、2各自承担各自承担 有功功率负荷有功功率负荷PG1、PG2时的耗量微增率时的耗量微增率1、 2，可以得到：可以得到： 1= 2= ，这就是等耗量微增率准则，这就是等耗量微增率准则，它表示

42、为使总耗量最小，应该按相等的耗量微增率在它表示为使总耗量最小，应该按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。发电设备或发电厂之间分配负荷。0),(0)(0)(21222111GGGGGGPPfdPPdFdPPdF111)(GGdPPdF222)(GGdPPdF四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则物理意义：物理意义： 四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 对于这个简单问题，可以用作图法求解。设上图中线对于这个简单问题，可以用作图法求解。设上图中线段段OOOO的长度等于负荷功率的长度等于负荷功率PLDPLD。在线段的上、下两。

43、在线段的上、下两方分别以方分别以O O和和O O为原点作出机组为原点作出机组1 1和和2 2的燃料消耗特性的燃料消耗特性曲线曲线1 1和和2 2，前者的横坐标，前者的横坐标PG1PG1自左向右，后者的横坐自左向右，后者的横坐标标PG2PG2自右向左。自右向左。 显然，在横坐标上任取一点显然，在横坐标上任取一点A A，都有，都有OAOA十十AOAO=OO=OO，即即 PG1 +PG1= PLD PG1 +PG1= PLD 。因此，横坐标上的每一点都表。因此，横坐标上的每一点都表示一种可行的（满足约束条件的）功率分配方案。示一种可行的（满足约束条件的）功率分配方案。 如过如过A A点作垂线分别交于

44、两机组耗量特性曲线的点作垂线分别交于两机组耗量特性曲线的B1B1和和B2B2点，则点，则B1B2=B1A+AB1=F1(PG1)+F2(PG2)=CB1B2=B1A+AB1=F1(PG1)+F2(PG2)=C就代表了就代表了总的燃料消耗量。总的燃料消耗量。 由此可见，只要在由此可见，只要在OOOO上找到一点，通过它所作垂线上找到一点，通过它所作垂线与两耗量特性曲线的交点距离为最短，则该点所对应与两耗量特性曲线的交点距离为最短，则该点所对应的负荷分配方案就是最优的的负荷分配方案就是最优的 四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 图中的点图中的点A A 就是这样的点，

45、通过就是这样的点，通过A A点所作垂线与点所作垂线与两特性曲线的交点为两特性曲线的交点为B1B1和和B2B2。在耗量特性曲线具。在耗量特性曲线具有凸性的情况下，曲线有凸性的情况下，曲线1 1在在B1B1点的切线与曲线点的切线与曲线2 2在在B2B2点的切线相互平行。耗量曲线在某点的斜率即是该点点的切线相互平行。耗量曲线在某点的斜率即是该点的耗量微增率。由此可得结论：负荷在两台机组间分的耗量微增率。由此可得结论：负荷在两台机组间分配时，如它们的燃料消耗微增率相等配时，如它们的燃料消耗微增率相等 四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则公式推广（多发电设备或发电厂）：公

46、式推广（多发电设备或发电厂）：推出推出结论：结论： 1= 2= = n = 1= 2= = n =),(),(2121*GnGGGnGGPPPfPPPCC0), 2 , 1(0)(1LDniiGiGiGiiPPnidPPdF四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则 对于不等式约束，可以使用对于不等式约束，可以使用kuhn-Tucker条件解条件解决。决。 关于电压和无功的约束，与有功功率负荷分配关于电压和无功的约束，与有功功率负荷分配没有直接关系，省略。没有直接关系，省略。 对于发电设备有功输出功率的约束，当发生越对于发电设备有功输出功率的约束，当发生越限时。将发电

47、设备有功输出功率固定在边界上。限时。将发电设备有功输出功率固定在边界上。 计算步骤：计算步骤：四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率

48、准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则四、最优分配负荷的等耗量微增率准则五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 公式推导：公式推导： 问题的简化问题的简化 略去不等式约束略去不等式约束 仅有一台火力发电单元和一台水力发电单元仅有一台火力发电单元和一台水力发电单元 推导：推导： 目标函数目标函数 约束条件约束条件011)(dttPFFT2022)(KdttPWH021LDHTPPP五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 K2为水力发电设备为水力发电设备2在在0到到时间内时间内 规定消耗的水量。规定消耗的水量。将将0到到

49、时间分成时间分成t个时段：个时段： 建立拉格朗日函数建立拉格朗日函数ktkkkTktPFF111)(2122)(KtPWktkkkHk021kLDkHkTPPP)()(21222121111*KtPWtPPPtPFCktkkkHkktkkLDkHkTkktkkkT五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 其中其中1、2t和和2 都是拉格朗日乘数，其中都是拉格朗日乘数，其中2 是由于引入水电厂的约束条件而新增加的。是由于引入水电厂的约束条件而新增加的。 极值条件极值条件 展开展开; 0; 0; 0; 02*2*1*CCPCPCkkHkT0)(), 2 , 1(0), 2 ,

50、1(0)(), 2 , 1(0)(2122212222111KtPWtkPPPtkdPPdWtkdPPdFtkkkkHkLDkHkTkkHkHkkkTkT五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 一共（一共（3t+1）个独立方程，变量也是（）个独立方程，变量也是（3t+1）个，可）个，可以求解。以求解。 第一、二式合并，可得第一、二式合并，可得 略去下标略去下标k，得到，得到 式中，式中， 为火力发电厂的燃料耗量微增率为火力发电厂的燃料耗量微增率 为水力发电厂的水耗量微增率为水力发电厂的水耗量微增率), 2 , 1()()(2222111tkdPPdWdPPdFkkHkHk

51、kTkTk2222111)()(HHTTdPPdWdPPdF111)(TTdPPdF1T222)(HHdPPdW2H五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 上式可改为：上式可改为： 由上式可见，只要将水力发电的水耗量微增率乘以某由上式可见，只要将水力发电的水耗量微增率乘以某一个待定的拉格朗日乘数一个待定的拉格朗日乘数2 ，就可将指导火力发电，就可将指导火力发电设备设备(厂厂)之间负荷最优分配的等耗量微增率准则推广之间负荷最优分配的等耗量微增率准则推广运用于火力发电设备运用于火力发电设备(厂厂)与水力发电设备与水力发电设备(厂厂)之间负之间负荷的最优分配。为此，需确定拉格朗

52、日乘数荷的最优分配。为此，需确定拉格朗日乘数2 。这。这乘数为乘数为221HT)()()()(22112221112HTHHTTPdWPdFdPPdWdPPdF五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用 式中分子、分母上的式中分子、分母上的dPT1、dPH2之所以可相约，是之所以可相约，是由于问题仅涉及增减同样大小有功功率时火力或水力由于问题仅涉及增减同样大小有功功率时火力或水力发电设备燃料或水耗量增减的多少。由式可见，如发电设备燃料或水耗量增减的多少。由式可见，如F1的单位为的单位为th，W2的单位为的单位为 ，则，则2的单位为的单位为 因此，这个拉格朗日乘数因此，这个拉格

53、朗日乘数2实际上可看作是一个换算实际上可看作是一个换算系数系数. 既然既然2可看作换算系数，水力发电设备可看作换算系数，水力发电设备(厂厂)在一定时在一定时间内可消耗的水量越多，单位重量燃料可折换的水量间内可消耗的水量越多，单位重量燃料可折换的水量就愈大，就愈大， 2从而从而2H2也就愈小，按等耗量微增率也就愈小，按等耗量微增率准则水力发电设备准则水力发电设备(厂厂)应分配的负荷也就愈大；反之，应分配的负荷也就愈大；反之，水力发电设备水力发电设备(厂厂)应分配的负荷愈小。应分配的负荷愈小。hm /33/五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五

54、、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五

55、、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用五、等耗量微增率准则的推广运用六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正 网损修正的必要性网损修正的必要性 网络上不同地点上的发电机在发电时，对网网络上不同地点上的发电机在发电时，对网损的影响不同，也就是说这些发电机即使有损的影响不同，也就是说这些发电机即使有相同的发电功率，它们对负荷的贡献也是不相同的发电功率，它们对负荷的贡献也是不一样的。例如：一样的。例如： G1G2P1P六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正 假设假设G1、G2煤耗曲线相同，煤耗曲线相同，P1P2，如果不考，如果不考虑网损修正，则虑网损修正，则G1=G2=（P1+P2）/

56、2最好，但最好，但是如果考虑网损，则（是如果考虑网损，则（P1+P2）/2G1P1、P2G2（P1+P2）/2时最为节省。时最为节省。 其实，在电力市场中电力交易软件也要对各机其实，在电力市场中电力交易软件也要对各机组的报价进行网损折算，原理一样。组的报价进行网损折算，原理一样。 六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正六、网络损耗的修正第三节第三节 电力系统的频率调整电力系统的频率调整（解决一次、二次调整）（解决一次、二次调整）一、频率调整的必要性一、频率调整的必要性 频

57、率变化对负荷的影响频率变化对负荷的影响 异步机异步机 电子设备电子设备 电钟电钟 频率变化对电力系统的影响频率变化对电力系统的影响 火电厂的主要设备：水泵、风机、磨煤机火电厂的主要设备：水泵、风机、磨煤机 汽轮机的叶片汽轮机的叶片 变压器的励磁变压器的励磁 二、自动调速系统及其调节特性二、自动调速系统及其调节特性 二、自动调速系统及其调节特性二、自动调速系统及其调节特性 自动调速系统自动调速系统 检测部件检测部件( (离心飞摆离心飞摆) )：转速：转速位移位移 放大部件放大部件( (错错 油油 门门) )：位移：位移油压油压( (信号放信号放大大) ) 执行部件执行部件( (油油 动动 机机)

58、 )：油压：油压启闭阀门启闭阀门 转速控制部件：速度基准控制转速控制部件：速度基准控制 调速器：前三者组成，完成频率一次调整调速器：前三者组成，完成频率一次调整 调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整调整 二、自动调速系统及其调节特性二、自动调速系统及其调节特性 调速器工作原理调速器工作原理 调速器的飞摆由套筒带动转动，套筒则为原动机的调速器的飞摆由套筒带动转动，套筒则为原动机的主轴所带动。单机运行时，因机组负荷的增大，转主轴所带动。单机运行时，因机组负荷的增大，转速下降，飞摆由于离心力的减小，在弹簧的作用下速下降，飞摆由于离心力的减小，在弹簧的作用下

59、向转轴靠拢，使向转轴靠拢，使A A点向下移动到点向下移动到A A”。但因油动机活。但因油动机活塞两边油压相等塞两边油压相等B B点不动，结果使杠杆点不动，结果使杠杆ABAB绕绕B B点逆点逆时针转动到时针转动到A A”B B。在调频器不动作的情况下，。在调频器不动作的情况下，D D点点也不动，因而在也不动，因而在A A点下降到点下降到A A”时，杠杆时，杠杆DEDE绕绕D D点顺点顺时针转动到时针转动到DEDE，E E点向下移动到点向下移动到E E。错油门活塞。错油门活塞向下移动，使油管向下移动，使油管a a、b b的小孔开启，压力油经油管的小孔开启，压力油经油管b b进入油动机活塞下部，而活

60、塞上部的油则经油管进入油动机活塞下部，而活塞上部的油则经油管a a经错油门上部小孔溢出。在油压作用下，油动机活经错油门上部小孔溢出。在油压作用下，油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。叶片开度增大，增加进汽量或进水量。二、自动调速系统及其调节特性二、自动调速系统及其调节特性 与油动机活塞上升的同时，杠杆与油动机活塞上升的同时，杠杆AB绕绕A点逆时点逆时针转动，将连结点针转动，将连结点C从而错油门活塞提升，使油从而错油门活塞提升，使油管管a、b的小孔重新堵住。油动机活塞又处于上的小孔重新堵住。油动机活塞又